Самоблокирующиеся дифференциалы. ограниченное проскальзывание. героторный. вискомуфта, фрикционный, торсен. виды, типы. принцип действия, конструкция

Имитация блокировки дифференциала

Имитация блокировки дифференциала (далее ИБД) — выравнивание частоты вращения буксующего и небуксующего колёс наподобие того, как это выглядит в случаях реальной механической блокировки дифференциала, только не за счёт механической связи колёс или принудительного снижения КПД дифференциала, а за счёт торможения буксующего колеса рабочим тормозом. При этом, согласно принципам работы любого дифференциала, на имеющем низкую силу сцепления с дорогой буксующем колесе тормозное усилие вызывает рост крутящего момента, что приводит к сравнимому росту крутящего момента на имеющем высокую силу сцепления с дорогой отстающем колесе, что, в свою очередь, позволяет использовать его зацеп с дорогой и тем самым даёт эффект в виде общего роста силы тяги оси. Главный управляющий механизм всех систем ИБД — АБС тормозов. Работа системы ИБД выражается в кратковременном импульсном подтормаживании буксующего колеса рабочим тормозом, и её эффективность определяется частотой срабатывания, поэтому системы ИБД стали возможны только вместе с появлением современных высокочастотных АБС тормозов.

ИБД есть именно имитация. В отличие от любых систем реальной блокировки дифференциала, которые при срабатывании как бы выводят дифференциал из работы и тем самым позволяют перераспределять крутящие моменты до некоего соотношения, декларируемого коэффициентом блокировки, ИБД ни при каких условиях не может вывести дифференциал из работы, и в процессе работы ИБД крутящие моменты всегда находятся в единственно возможной пропорции, присущей данному дифференциалу (для межколёсного дифференциала это обычно 50/50). Невозможность произвольно перераспределять крутящие моменты в соответствии с имеющимися силами сцепления на колёсах есть неустранимый недостаток любой системы ИБД, и именно поэтому ИБД обычно не применяется на настоящих внедорожниках, эксплуатация которых предполагает случаи движения при ежесекундно произвольно меняющихся силах сцепления на колёсах в максимально широком диапазоне от 0 до 100 процентов. Другим неустранимым недостатком любых систем ИБД есть то, что при срабатывании ИБД некоторая часть мощности двигателя тратится на преодоление тормозного усилия, что понижает величину эффективно используемой мощности для движения. Также само заторможенное колесо может увеличивать общее сопротивления движению, хотя современные высокочастотные системы ИБД стараются этого не допускать.

Впервые принцип имитации блокировки дифференциала был описан в журнале «Юный техник» №10 за 1983-й год.

Системы ИБД могут применяться на автомобиле как сами по себе, так и вместе с различными системами настоящей блокировки. Совместная работа обеих систем может строится как по взаимоисключающему, так и по взаимодополняющему принципу. Потенциально система ИБД может применять на машинах любых типов. В сравнении с механически блокируемыми дифференциалами ИБД не теряет своих качеств от эксплуатации, не требует регулировок и специального техобслуживания, не требует от водителя специальных навыков езды.

Системы ИБД не являются противобуксовочными системами в чистом виде, и в отличие от них ИБД никак не влияют на управление двигателем автомобиля, а решают задачу по максимизации силы тяги при императивно заданном водителем уровне доступной мощности.

Поколения дифференциала Torsen

Самоблокирующийся дифференциал Torsen имеет три поколения:

• T-1 – первое поколение самоблокирующегося устройства распределения крутящего момента. В нем в качестве червячных пар выступают сателлиты и шестерни ведущих полуосей. Сателлиты полуосей связаны прямозубым зацеплением. Оси сателлитов перпендикулярны полуосям. Межколесный дифференциал Торсен первого поколения позволяет колесам автомобиля вращаться с различной скоростью. При проскальзывании колеса механизм пытается передать большую часть мощности двигателя автомобиля на другую полуось, после чего червячная пара этой полуоси расклинивается. При этом сила трения, которая возникает в червячном зацеплении из-за разности величин крутящих моментов на колесах, блокирует дифференциал. Первое поколение дифференциала Torsen самое мощное из всех конструкций в своем классе.
• T-2 – второе поколение устройства. Главные отличия от первого поколения: оси сателлитов здесь расположены вдоль полуосей; сами сателлиты расположены в специальных карманах корпуса дифференциала; участвующие в процессе блокировки механизма при расклинивании шестерни парных сателлитов – косозубые.
• T-3 – третье поколение дифференциала. Имеет планетарную конструкцию. Третье поколение Торсен используется, в основном, в качестве межосевого дифференциала на автомобилях, имеющих . Механизм имеет компактные габариты в связи с тем, что ведущая шестерня и оси сателлитов расположены в конструкции параллельно.

Три типа “Торсена”

В первом варианте в качестве червячных пар используются шестеренки ведущих полуосей, а также сателлиты. Для каждой полуоси имеются свои сателлиты, соединенные попарно с теми, что на противоположной оси. Соединение это осуществляется при помощи прямозубого зацепления. Оси сателлитов перпендикулярны полуосям. Данный вариант дифференциала “Торсен” признан самым мощным среди всех аналогичных конструкций. Он способен работать в очень широком диапазоне крутящего момента.

Второй вариант отличается тем, что оси сателлитов находятся параллельно к полуосям. Сателлиты в данном случае установлены иначе. Они находятся в специальных посадочных местах чашки. Парные сателлиты соединяются косозубым зацеплением, которое при расклинивании участвует в блокировке.

Третий вариант является единственным среди всей серии, где конструкция планетарная. Он применяется в качестве межосевого дифференциала в полноприводных машинах. Оси сателлитов и ведущие шестеренки здесь тоже параллельны друг другу. За счет этого узел очень компактный. Благодаря конструкции изначально можно распределять нагрузку между двух мостов в соотношении 40:60. Если срабатывает частичная блокировка, то пропорция может отклонятся на 20 %.

Применение

Самоблокирующийся дифференциал Torsen используют как в качестве межколесных, так и в качестве межосевых устройств распределения крутящего момента. Широкую известность получил дифференциал Torsen Audi Quattro. В современных полноприводных автомобилях данное механическое устройство устанавливается довольно часто. Отметим, что межосевой дифференциал Torsen используется практически на всех автомобилях Hummer.

В результате весь механизм блокируется, а левое и правое колеса вращаются вместе. Это позволяет переносить большое количество мощности на колесо высокого тяги, и таким образом транспортное средство может преодолеть проблему разности тяги. Для переноса нагрузки добавлено еще 2 пары червячных колес.

История создания дифференциала типа Torsen

В то время как другие технологии позволяют ведущему колесу скользить в течение ограниченного промежутка времени, прежде чем он заблокируется, в Торсене блокирующее действие мгновенно. Это означает, что как только автомобиль столкнется с трековой разницей, колеса будут заблокированы.

Популярность устройства распределения крутящего момента Торсен обусловлена отсутствием связи с какой-либо электроникой или муфтами. Данный элемент трансмиссии – это сравнительно простой механизм, отличающийся мгновенным срабатыванием и отсутствием негативного влияния на процесс торможения. Именно поэтому дифференциал данного типа используют в своих автомобилях ведущие автопроизводители.

Они также компактны по сравнению с их счетчиками. Ниже приводятся некоторые недостатки описанного здесь типа Торезна. Шумное дорогое Сложнее собрать.
. Все, что могло бы быть пригодным для перевозки очень тяжелых грузов, особенно если оно имело возможность бездорожья, было запрещено в Германии после Второй мировой войны. Занимающие силы были слишком осведомлены о том, как подходят соответствующие грузовики для перевозки танков. Соответственно союзники ограничили мощность двигателя грузовиков до 150 л.с. в то время как полуприцепы-тракторы, треххосные грузовые автомобили и полноприводные автомобили также были табу.

Дифференциал типа Torsen — разновидность самоблокирующегося дифференциала, работающего на основе изменяющегося трения механических частей, приводящего к перераспределению крутящего момента между колесами.

Назначение дифференциала типа TorsenДифференциал – устройство, передающее усилие от единственного источника (коробки передач) к двум приводам колес, и при этом обеспечивающее независимость (дифференцирование) вращения этих приводов. В результате могут вращаться с разными угловыми скоростями при прохождении поворотов, когда внутреннее колесо проходит более короткий путь, чем внешнее. Простейший дифференциал распределяет мощность между колесами равномерно. Соответственно, при пробуксовке одного колеса усилие на втором равно нулю. Более совершенные устройства, подавляющее большинство которых относится к классу самоблокирующихся дифференциалов или дифференциалов повышенного трения оснащены механизмами, обеспечивающими блокировку «вывешенной» полуоси и перераспределение усилия таким образом, чтобы максимум мощности передавалось на колесо, сохраняющее сцепление с дорогой.Дифференциал типа Torsen считается оптимальным решением для полноприводных автомобилей, эксплуатируемых в жестких условиях. Торсен – не фамилия изобретателя, а аббревиатура от «Torque Sensing», то есть .

Поэтому ничто не могло быть более очевидным, чем создание полноприводной версии. Это не только сэкономило дополнительные затраты и усилия в производстве, но и облегчило жизнь заказчикам в отношении запасных частей и ремонта. Чрезвычайно низкий вес снаряжения имеет много преимуществ.

Разработчики уделяли особое внимание минимально возможному весу для своего нового полноприводного грузовика и по уважительным причинам. Это означает более низкое давление на грунт, меньшую склонность к затоплению и улучшение хода по сложной местности, чем с другими автомобилями того же размера, оснащенными теми же шинами

Виды дифференциалов повышенного трения

Для устранения вышеперечисленных недостатков в трансмиссию машины был внедрён дифференциал, который также должен передавать на колёса все нагрузки, получаемые от двигателя. На машинах более ранних выпусков устанавливались планетарные дифференциалы классической конструкции с симметричной схемой распределения крутящего момента. Данный дифференциал всего лишь частично устранял указанные недостатки. Начиная с 30-х годов прошлого столетия стали проводиться исследования применения дифференциалов повышенного трения. Они устанавливались сперва на спортивных автомобилях, а затем в серийных внедорожниках и дорожных авто. Наиболее широкое применение получили следующие дифференциалы повышенного трения: ФРИКЦИОННЫЕ • самоблокирующийся фрикционный многодисковый дифференциал. Состоит из корпуса, сателлитов, оси сателлитов, выходных полуосей, шестерен полуосей, пакетов дисков. Диски поочередно связаны с корпусом дифференциала и шестернями полуосей. Диски подпружинены пружиной. Работа основана на синхронном вращении полуосей с корпусом на прямом участке дороги и разности вращений при выполнении маневров. В этом случае, в работу вступает фрикцион и подаёт дополнительный крутящий момент на отстающую шестерню. Имеющие в своей конструкции подпружиненные пакеты фрикционных дисков. Они имеют статическое преднатяжение (момент срабатывания) от 2 до 12 кг/м. Используются в автоспорте, быстро изнашиваются, требуют вмешательства для восстановления рабочих характеристик после каждой гонки. • самоблокирующийся героторный дифференциал. Конструкция подобна вышеописанному дифференциалу, только вместо пружин установлен поджимной поршень и гидронасос. Фрикционные диски сжимаются поршнем под давлением жидкости от одного или двух шестерёнчатых насосов. Недостатки примерно такие же, как и для подпружиненного фрикциона • кулачковый (зубчатый) дифференциал. Состоит из сепаратора, наружной звёздочки, внутренней звёздочки, сухарей, двух полуосей, ведомой шестерни главной передачи, корпуса. Основан на применении кулачковых (зубчатых) пар вместо планетарного механизма. При небольшой разнице в угловых скоростях полуосей зубчатые пары взаимно проворачиваются, а при пробуксовке блокируют оси. Положительные стороны: простота конструкции, доступность монтажа, низкая стоимость. Отрицательные стороны: резкая работа, низкая эффективность, повышенный расход топлива. В связи с этим, устанавливаются, в основном, на военную и специальную технику. • вискомуфта. Состоит из корпуса, ведущего вала, ведомого вала, пакета дисков (дисков ведущего и ведомого валов), ступицы, нажимного диска, 2-х кольцевых нагнетательных поршней, кольцевого рабочего поршня, балансировочной пружины. Принцип работы основан на заполнении междискового пространства фрикциона динатантной жидкостью, силиконовой, способной загустевать и увеличиваться в объёме при повышении температуры. С увеличением разности во вращении полуосей увеличивается температура от трения, соответственно, увеличивается вязкость жидкости и, как результат, сцепление дисков. Преимущества: простота конструкции и эксплуатации. Недостатки: малая эффективность, громоздкость конструкции, инертность в использовании. В связи с массивностью, в основном применяются для межосевых дифференциалов.ШЕСТЕРЁНЧАТЫЕ • самоблокирующийся дифференциал (КВАЙФ). Состоит из корпуса, сателлитов левого и правого рядов, полуосевых шестерен (левой и правой), 2-х выходных валов. В данном дифференциале оси с сателлитами закрыты в корпусе (в специальных отверстиях), расположены в два ряда параллельно оси вращения корпуса. Сателлиты из разных рядов зацепляются между собой попарно винтовыми зубьями. • «торсен» первого типа. Состоит из корпуса, сателлитов левого и правого рядов, правой и левой шестерен полуосей, 2-х выходных валов. «торсен» первого типа. Каждая полуось имеет свои сателлиты, попарно связанные с сателлитами другой полуоси. Зацепление прямозубое, ось сателлита перпендикулярна полуоси.

• «торсен» второго типа. Состоит из корпуса, сателлита, связанного с правой шестернёй полуоси, сателлита, связанного с левой шестернёй полуоси, правой и левой полуосевых шестерен, левого и правого выходных валов. «торсен» второго типа. Применяются косозубые шестерни полуосей и винтовые сателлитов. Оси сателлитов параллельны полуосям.

Как работает дифференциал Торсен

Чаще всего такая система выпускается на полноприводных автомобилях, где распределение может осуществляться непосредственно на каждое колесо или ось. Однако не редкостью является и наличие самоблокирующегося дифференциала на передний привод Торсен или даже на переднеприводные автомобили отечественного производства.

Принцип работы устройства заключается в передаче от трансмиссии высвободившегося крутящего момента на определенную ось или колесо в различных пропорциях. Такое отношение на первых сериях составляло 50 на 50, то есть 1 к 1. В современных устройствах такое отношение может составлять 7 к 1, что позволяет передавать практически весь момент на единственное колесо со сцеплением с дорогой.

Во время проскальзывания колеса червячная шестерня блокируется, тем самым останавливая свое движение – дифференциал включается в работу. Затем в результате расклинивания передается на ось, которая задействована в работе.

Посредством передачи момента, мощность «перебрасывается» на отдельный участок, что позволяет эффективно справиться с управлением и преодолеть затрудненный участок пути или же выйти из сложного ледяного или снежного заноса.

Дифференциал Торсен на ВАЗ также имеет место на отечественном рынке. Он устанавливается как на заднеприводные модели, так и на переднеприводные лады для улучшения характеристик проходимости. Сделать из легковушки внедорожник он не сможет, однако в сочетании с неплохим дорожным просветом и приемлемой геометрической проходимостью делает данные модели гораздо более приспособленными к ухудшенным дорожным условиям.

Недостатки и особенности

При долгой работе в таком режиме существует риск перегрева и выхода из строя тормозных систем. Автомобиль имеет автоматическую защиту, если температура поднимается выше допустимой, но это не везде есть и не всегда работает.

Если нагрузка серьезная, то крутящего момента может быть мало, чтобы сдвинуть авто вперед. Вроде бы и моргает лампа, трещит тормозная система, но машина никуда не едет. Поднять обороты невозможно – электроника не дает.

Межосевая блокировка дифференциала “Паджеро”, а она там электронная, в воде теряет эффективность. Мокрые колодки не могут затормозить мокрый диск.

Но даже имитация – это не пустая забава. Естественно, она не подойдет для серьезного бездорожья, но ездят туда далеко не все владельцы. Электронной блокировки вполне хватит для самых обычных случаев. Например, они могут понадобиться зимой. Но сильно рассчитывать на систему нельзя – электроника может подвести в самый неподходящий момент. Поэтому в “Паджеро” дополнительно есть настоящая, железная блокировка.

Устройство

Данный механизм устроен из привычных элементов – устройство аналогично любому планетарному узлу. Можно выделить основные детали – это корпус, червячные шестерни, сателлиты.

Что касается общей концепции, то здесь не очень много отличий, если сравнивать с обыкновенными механизмами. Корпус жестко крепится на ведущем узле трансмиссии. Внутри корпуса установлены сателлиты. Они закреплены на специальных осях. Сателлиты находятся в жестком зацеплении с шестернями полуосей. Шестеренки полуосей закреплены на валы, на которые и передается крутящий момент.

А теперь что касается непосредственно механизма “Торсен”. В данном узле шестерня полуосей имеет винтовые зубья. Это не что иное, как традиционный червячный вал.

Сателлиты представляют собой пару косозубых шестерен. Один элемент этой пары формирует с шестерней полуоси червячную пару. Пара шестеренок-сателлитов может взаимодействовать и между собой за счет прямозубого зацепления. В конструкции имеется целых три сателлита, каждый из которых представляет пару шестерен.

Смотреть галерею

Как работает дифференциал?

По принципу действия дифференциал прост. В основе лежит планетарная передача, которая состоит из шестерен-полуосей, шестерен-саттелитов, ведомой и ведущей шестерни (передача вращения выполняется через ведущую шестерню).

Есть 3 режима:

• Движение по прямой дороге. Колеса автомобиля встречают одинаковое сопротивление — из-за этого шестерни-саттелиты не приводятся в движение. Поэтому мощность распределяется в соотношении 50/50 – поровну на каждое колесо. При этом период вращения колес равен периоду вращения ведомой шестерни.
• Поворот. Иная ситуация возникает при повороте. Из-за разного сопротивления угловая скорость одного из колес уменьшается, в результате замедляется и шестерня полуосей. Она приводит в движение саттелиты. Их вращение обеспечивает увеличение частоты вращения второй шестерни полуосей. Именно поэтому меняется соотношение скоростей вращения колес (крутящий момент распределяется в равных пропорциях), а их проворачивание отсутствует.
• Пробуксовка. Если автомобиль застрял или попал на сколькое покрытие, может возникнуть пробуксовка одного из колес. Скользящее колесо почти не встречает сопротивления, а для застрявшего оно максимально. За счет дифференциала, находящегося в автомобиле, происходит перераспределение мощностей. Соотношение может доходить до 0/100 (одно колесо стоит, а второе вращается с удвоенной скоростью). Тогда машина встает и не может тронуться. Поэтому многие современные автомобили оснащены блокировкой дифференциала.

По виду зубчатой передачи типы автомобильных дифференциалов бывают такими: цилиндрические, конические и червячные. Наиболее универсальной является последняя разновидность — ее устанавливают как в системах полного привода, так и на автомобилях с 1-й ведущей осью. Цилиндрический больше подходит для установки между мостами полноприводной машины. А передне- и заднеприводные авто оснащают коническими.

Блокировка дифференциала

Блокировка происходит за счет «отключения» шестерен-саттелитов либо переноса мощности на загруженную полуось. В зависимости от способа перераспределения механизмы блокировки бывают полными или частичными. Распространены самоблокирующиеся дифференциалы – они устанавливаются на кроссоверы. Их работа позволяет оптимально распределить крутящий момент.

Наиболее сложным устройством обладает электронная блокировка. Она совмещён с системой курсовой устойчивости. Параметры движения автомобиля в этом случае определяют датчики. А за распределение мощности отвечает компьютер автомобиля.

Конический симметричный дифференциал

Рис. 3. Типы дифференциалов, классифицированных по различным признакам

Конический симметричный дифференциал

Назначение.

Дифференциал служит для распределения крутящего момента между ведущими колесами и позволяет правому и левому колесам при поворотах автомобиля и при его движении на криволинейных участках дороги вращаться с разной частотой. Межколесный дифференциал бывает симметричным или несимметричным, соответственно распределяющим крутящий момент между полуосями поровну или не поровну. На автомобилях получили применение межколесные конические симметричные дифференциалы, межосевые конические и кулачковые дифференциалы повышенного трения.

Дифференциал— это механизм трансмиссии, распределя­ющий подводимый к нему вращающий момент между полуосями ведущих колес и позволяющий им вращаться с разными скоростя­ми. Он состоит из корпуса 1

(рис. 3а), крестовины 3, малых конических шестерен-сателлитов 4 и полуосевых конических ше­стерен 2. На цилиндрические пальцы крестовины свободно поса­жены сателлиты, которые вместе с крестовиной закреплены в кор­пусе (коробке) дифференциала и находятся в постоянном зацеп­лении с шестернями правой и левой полуосей.

Когда автомобиль движется прямо и по ровной дороге, оба ве­дущих колеса испытывают одинаковое сопротивление качению.

При этом ведомая шестерня 5 (рис. 36) главной передачи вра­щает вокруг своей оси корпус дифференциала с крестовиной и сателлитами 4. Сателлиты, находясь в зацеплении с правой и левой полуосевыми шестернями, зубьями приводят их во вращение с одинаковой частотой. В этом случае сателлиты вокруг собственной оси не вращаются.

При повороте (рис. 3в) колеса автомобиля проходят разную длину пути. Вращение внутреннего колеса замедляется, а наруж­ного — убыстряется. Сателлиты, вращаясь вместе с корпусом, сво­ими зубьями упираются в зубья полуосевой шестерни, замедлив­шей вращение, и сообщают дополнительную скорость другой по­луосевой шестерне, в результате чего наружное колесо, проходя больший путь, вращается быстрее.

Рис. 3. Дифференциал:

а—устройство; б — схема работы при прямолинейном движении; в — схема

работы при повороте; 1 — корпус (чашка); 2 — полуосевые шестерни, 3 — кресто­вина;

4 — сателлит; 5 — ведомая шестерня главной передачи; 6 — ведущий вал главной передачи; 7 — правая полуось; 8 — левая полуось; 9 — наружное ведущее

колесо

Рис.4. Конический симметричный дифференциал

Кулачковый дифференциал повышенного трения (рис.5) благодаря дополнительным силам трения (в результате самоблокировки) передает больший крутящий момент на то колесо автомобиля, которое вращается медленнее, что уменьшает возможность его пробуксовывания и повышает устойчивость автомобиля против бокового заноса.

Картер кулачкового механизма состоит из двух половин, со­единенных болтами вместе с ведомым зубчатым колесом 3

и опирающихся на конические роликовые подшипники. Правой половиной дифференциала является его чашка 5, а левой — сепаратор2 . В сепараторе2 расположены два ряда радиальных отверстий (по 12 отверстий в каждом ряду), в которых размешены сухари 4$ установленные между внутренней 1 и наружной 4 звездочками, при помощи шлицов соединенными с полуосями. Внешняя по­верхность внутренней звездочки1 по окружности имеет два ряда кулачков (по шесть кулачков в каждом ряду), а внутренняя поверхность наружной звездочки 4 имеет один ряд кулачков. Крутящий момент от ведомого колеса3 передается сепаратору2, а от него через сухари 6 — на кулачки звездочек и затем на полуоси.

Рис. 5 Кулачковый дифференциал повышенного трения автомобилей